Proč vodný NaCl vede elektřinu?
On 24 prosince, 2020 by adminMohl by někdo vysvětlit, proč vodný roztok NaCl vede elektřinu? „Googloval jsem to, ale nemohl jsem dostat uspokojivou odpověď. Toto má odpověď na Physics.SE, ale to je příliš komplikované. Moje učebnice na mou otázku neodpovídá.
Komentáře
- V zásadě rozumíte je to proto, že se disociuje, a vaše následná otázka je důvodem, proč se disociuje, což, jak zdůraznil někdo jiný, je další otázka.
- Viz odpověď a související odkazy v ní, @M. Farooq: chemistry.stackexchange.com/a/118441/79678 .
Odpovědět
Původní otázka:
Proč je vodný roztok $ \ ce {NaCl} $ vede elektřinu
Protože $ \ ce {NaCl} $ je elektrolyt. To znamená, že v roztoku poskytuje ionty.
Jednoduše řečeno, pevný $ \ ce {NaCl} $ se skládá z $ \ ce {Na +} $ kationty a $ \ ce {Cl -} $ aniony spojené dohromady v pevné krystalové mřížce. Když se roztaví nebo je rozpuštěna ve vodě, krystalová mříž se rozbije. Ionty se nyní mohou pohybovat. Podobně jako nabité částice v kovovém vodiči (v tomto případě elektrony), v kapalné formě nebo ve vodném roztoku jsou ionty nabité částice, které se mohou pohybovat a umožňují roztoku vést elektřinu.
Následovat up question:
Proč $ \ ce {NaCl} $ disociuje ve vodě
(Poněkud zjednodušená) odpověď je že disociaci iontové sloučeniny usnadňují ionto-dipólové přitažlivosti mezi ionty sloučeniny a polárními molekulami vody.
Molekuly vody (dipóly) jsou přitahovány k iontům a způsobují destabilizaci krystalové mřížky a ionty k disociaci. Nabité ionty v roztoku jsou obklopeny a stabilizovány molekulami vody (dipóly).
Poznámka: Některé ionty migrují jako iontové páry, ale pro silný elektrolyt bude většina nebo všechny ionty disociovány a obklopeny vodou molekuly.
Jelikož se zdáte být nespokojeni s dosud přijatými odpověďmi, předpokládám, že chcete plně pochopit mechanismus zapojený do disociace. Toto je bohužel poměrně složité.
Existuje vynikající příspěvek od Ballard & Dellago [1], který vysvětluje jejich práci na tomto tématu, ale pravděpodobně budete potřebovat trochu více znalostí o fyzikální chemii / termodynamice, abyste tomu plně porozuměli.
Reference
- Ballard, AJ & Dellago, C “ Směrem k mechanismu iontové disociace ve vodě, “ * J. Phys. Chem. * B 2012, 116, 45, 13490–13497 Datum vydání: 19. října 2012 https://doi.org/10.1021/jp309300b
Odpověď
NaCl je elektrolyt. Když je v roztoku, disociuje se na Na + a Cl-. Když do roztoku vložíte elektrody, kationty se přitáhnou ke katodě a anionty k anodě. Toto hnutí produkuje proud, a proto mohou řešení NaCl vést elektřinu.
Komentáře
- Proč se disociuje?
- Myslím, že tato odpověď potřebuje nějaké rozpracování. Funguje to pouze s AC? Pokud ne, co se stane se stejnosměrným proudem, když většina iontů již migrovala?
- Při stejnosměrném proudu pravděpodobně ‚ pravděpodobně dostanete elektrolýzu vody a možná oxidace chloridu (což pomáhá odstraněním záporného náboje z kladné elektrody).
- @Zhe Souhlasím. Jen jsem se snažil přimět psotera, aby upřesnil svoji odpověď na OP.
Odpověď
$ \ ce {NaCl} $ se oddělí na $ \ ce {Na +} $ a $ \ ce {Cl -} $ , když se rozpustí ve vodě. Hydratace stabilizuje vytvořené ionty. Za vodíky vody je účtován poplatek $ \ delta + $ a poplatek za atomy $ \ delta- $ kyslík. Když je $ \ ce {NaCl} $ rozpuštěn ve vodě, jsou vodíky přitahovány k $ \ ce {Cl-} ionty $ a atomy kyslíku k $ \ ce {Na +} $ iontům. Molekuly vody tak obklopují a oddělují ionty.
Proto ve vodném roztoku $ \ ce {NaCl} $ jsou k dispozici kladné a záporné ionty, které se mohou volně pohybovat (samozřejmě s určitou odolností) v důsledku jiných molekul v okolí).Když je aplikován potenciální rozdíl, pozitivní ionty jsou přitahovány k zápornému terminálu a naopak. Tím je stanoven proud.
Komentáře
- @Abcd Podívejte se na toto video na YouTube. odkaz
- Nemyslím si, že skutečné $ \ ce {OH -} $ ionty jsou přitahovány k $ \ ce {Na +} $, protože disociační konstanta vody je poměrně nízká, $ pK_w = 14 $. Takže si ‚ nemyslím, že jsou k dispozici volné ionty $ H + $ a $ OH- $. Molekula vody jako celek se určitým způsobem orientuje a obklopuje ionty.
- Omlouvám se, nemyslel jsem ‚ to, že ionty $ OH- $ nejsou přilákal k $ Na + $, ale myslím si, že účinek by ‚ nebyl tolik.
- Děkuji. Můžeme tedy říci, že k disociaci NaCl dochází kvůli orientaci molekul vody?
- Jednoduchá odpověď je, že molekuly vody mají dipól. Atomy vodíku jsou mírně kladně nabité a atomy kyslíku mírně záporně nabité. Jak tedy vidíte na obrázku výše, molekuly vody kolem kladně nabitého sodíku se orientují tak, že kyslík je blíže sodíku než vodíky. Toto je známé jako interakce iontů a dipólů. Opak je pravdou pro chlor. @Abcd
Odpověď
$ \ ce {NaCl} $ je silně iontová sloučenina. Je zcela ionizovaný a disociuje v $ \ ce {Na +} $ a $ \ ce {Cl -} $ . $ \ ce {Na +} $ a $ \ ce {Cl -} $ jsou obklopeny molekulami vody , $ \ ce {Na +} $ je obklopeno $ \ ce {O} $ z $ \ ce {H2O} $ směrem k $ \ ce {Na +} $ , podobně $ \ ce {Cl -} $ je obklopený molekulami $ \ ce {H2O} $ s $ \ ce {H} $ obrácené k $ \ ce {Cl -} $ . Přítomnost kladných a záporných iontů pomáhá při vedení elektřiny.
Když jsou vloženy elektrody a proud prochází těmito elektrodami, vytváří se pohyb iontů v opačném směru.
Po průchodu proudu po dlouhou dobu (zejména stejnosměrný proud) se koncentrace $ \ ce {Cl -} $ iontů sníží. Koncentrace $ \ ce {OH -} $ se bude postupně zvyšovat a mezi $ \ ce {Cl- bude existovat konkurence } $ a $ \ ce {OH -} $ .
Elektrolýza $ \ ce {NaCl} $
Anoda: $ \ ce {2 Cl- – > Cl2 + 2 e -} \ quad E = -1,36 \ \ mathrm V $
Katoda: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Elektrolýza $ \ ce {NaOH} $
Anoda: $ \ ce {4 OH- – > O2 + 2 H2O + 2 e -} \ quad E = -0,40 \ \ mathrm V $
Katoda: $ \ ce {H2O + 2 e- – > H2 + 2 OH -} \ quad E = -0,83 \ \ mathrm V $
Po dostatečně dlouhé době bude být konkurencí mezi $ \ c e {Cl -} $ a $ \ ce {OH -} $ k oxidaci na anodě, zatímco na katodě existuje pouze jedna možná reakce. Reakce na anodě závisí na koncentračním a redukčním potenciálu $ \ ce {Cl -} $ a $ \ ce {OH- } $ . Ve skutečnosti je na katodě také možnost redukce $ \ ce {Na +} $ , ale redukční potenciál je $ – 2,7 \ \ mathrm V $ , což je obtížné než $ \ ce {H2O} $ , takže na katodě probíhá pouze jedna reakce.
Napsat komentář